[发明专利]一种控制受限飞艇航迹控制方法

说明书

本发明针对飞艇的航迹跟踪问题，提供一种控制受限飞艇航迹控制方法，该方法建立了其空间运动的数学模型；以此模型为受控对象，考虑飞艇控制受限，采用双曲正切函数设计了航迹控制律。由该方法控制的闭环系统能够稳定跟踪指令航迹，且具有良好的控制精度，为控制受限飞艇的航迹控制工程实现提供了有效方案。

技术领域

本发明涉及一种飞艇控制方法，它为控制受限飞艇三维航迹跟踪提供一种控制方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

飞艇是一种依靠轻于空气的气体(如氦气)提供静浮力升空，依靠飞行控制系统实现低速机动和定点驻留的浮空类飞行器，具有留空时间长、能耗低、效费比高等优点，广泛应用于环境监测、国土测绘、对地观测、侦察监视等领域，具有重要应用价值和广阔的应用前景，当前已成为航空领域的研究热点。

航迹跟踪是指飞艇从任意给定的初始状态出发，逐渐趋于并稳定跟踪给定的地面坐标系下的指令航迹。飞艇的空间运动具有非线性、通道耦合、不确定、易受外界扰动等特点，因此，航迹控制成为飞艇飞行控制的关键技术之一。众多研究人员针对飞艇的航迹跟踪问题，提出了PID控制、反馈控制、滑模控制、反步控制等方法，为飞艇航迹控制提供了可供参考借鉴的技术方案。但是，上述控制律都是基于“飞艇具有足够的控制能力”这一假设进行设计的，缺乏考虑控制受限条件下飞艇的航迹控制问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种控制受限飞艇航迹控制方法，控制工程师可以按照该方法实现控制受限飞艇的三维航迹跟踪控制。本申请首先由给定的指令航迹和实际航迹计算误差量，然后利用双曲正切函数的特性，设计控制受限航迹控制律。实际应用中，飞艇航迹由导航系统测量得到，将由该方法计算得到的控制量传输至执行机构即可实现航迹控制功能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种控制受限飞艇航迹控制方法，包括以下步骤：

步骤一：给定指令航迹；

给定的指令航迹为广义坐标η_d＝[x_d,y_d,z_d,θ_d,ψ_d,φ_d]^T，x_d、y_d、z_d、θ_d、ψ_d和φ_d分别为指令x坐标、指令y坐标、指令z坐标、指令俯仰角、指令偏航角和指令滚转角，上标T表示向量或矩阵的转置。

步骤二：计算指令航迹与实际航迹之间的误差量e；

e＝η-η_d＝[x-x_d,y-y_d,z-z_d,θ-θ_d,ψ-ψ_d,φ-φ_d]^T (1)

η＝[x,y,z,θ,ψ,φ]^T为实际航迹，x、y、z、θ、ψ、φ分别为实际航迹的x坐标、y坐标、z坐标、俯仰角、偏航角和滚转角。

步骤三：控制受限航迹控制律设计：构造双曲正切函数，设计控制受限航迹控制律，计算航迹控制量τ。

1)建立飞艇空间运动的数学模型